专利名称：透壁灌注梯度图像分析的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于分析表示对象的连续图像的数据集序列的系统。本发明还涉及相应的方法和计算机程序产品。
背景技术：
最常见的心脏病是由于冠状动脉的至少部分闭塞(狭窄)而引起的局部缺血。冠状动脉的闭塞可能导致心肌组织的灌注不足。可以使用各种成像模态来获取与灌注相关的数据，例如，MRI、PET、SPECT、CT，等等。例如，心脏MRI能够量化心肌灌注。具体而言，初步(first pass)增强的心脏MRI 可以用于评估由冠状动脉阻塞引起的灌注不足的严重性。在初步增强的心脏MRI中，测量施予初步造影剂丸剂之后心肌组织中对造影剂的摄取。造影剂突出显示组织中的灌注。这一程序通常在静息和压力下执行，因为灌注不足通常是由压力导致的。该压力可以用提高心率的药理剂诱发。造影剂引起不透明，该不透明在所测量的图像(诸如心肌图像)中可见。通常，根据记录的图像上的视频强度以灰阶为单位测量不透明度。对造影剂摄取的测量得到时间-强度曲线。时间-强度曲线将时间，例如自丸剂通过开始以来经过的时间，与例如在特定位置处的摄取的强度或者在特定段处的摄取的平均强度等关联。心肌灌注的量化可以是对时间-强度曲线的半定量分析或真定量分析。半定量分析包括对时间强度曲线的若干特征的量化，所述特征例如是峰值强度、最大向上斜率、丸剂通过的平均传递时间，等等。在真定量分析中，根据对动脉输入函数和在心肌中获得的时间-强度曲线的数学分析来计算实际心肌血流量。例如在M. Jerosh-Herold等人在JMRI 19(6) :758-770，2004 中的“Analysis of myocardial perfusion MRI” 一文中给出了对半定量和真定量分析方法两者的综述。应当注意到，时间-强度曲线能够从各种成像模态获得。能够利用各种可视化技术呈现来自这些分析的结果。例如，可以以图表表示时间-强度曲线中的一个或多个。还可以利用例如牛眼绘图、色彩叠加、灌注图使时间-强度曲线可视化。例如在美国专利申请2005/0124861 "Cardiac Perfusion analysis，，中介绍了灌注图，在此通过参考将其并入本文。H^yjfl^^lJiit EP1236177 :"Automatic analysis of anatomical images time sequence”介绍了用于处理医学图像的设备。该设备能够自动分割心脏图像。该设备能够针对每个段确定时间/强度曲线。可以通过每段地计算一些参数，包括器官组织中血管内造影剂浓度的趋势，来分析时间/强度曲线。
发明内容
由于可能被用于例如诊断冠状疾病，而目前用于分析表示对象的连续图像的数据集序列的系统缺乏诊断能力。拥有用于分析表示对象的连续图像的数据集序列的经改进的系统将是有利的。为了更好地解决这一问题，在本发明的第一方面中，提出了用于分析表示对象的连续图像的数据集序列的系统，该数据集将数据值与位置相关联，其中，所述图像具有这样的图像区域，所述图像区域具有与对象相关联的第一边界和第二边界，该系统包括射线建立(ray establishing)装置，其用于为个体图像建立连接图像区域的第一和第二边界的分析射线，该分析射线处在表示关于对象的大致相同位置的各自位置上；梯度建立装置，其用于为个体分析射线建立梯度值，该梯度值表示穿过图像区域并且沿着从第一边界到第二边界的分析射线的数据值中的变化率。根据本发明的系统针对图像确定由分析射线表示的对象的特定位置处的梯度。因为分析射线连接第一边界与第二边界，该分析射线穿过图像区域。因此，获得了梯度的序列，其表示梯度随时间的发展变化。这使得有可能检查建立的梯度以及诊断梯度与基准的偏差。具体而言，如果图像区域表示心室的壁，第一边界对应于壁的内部界线而第二边界对应于壁的外部界线，则可以应用该系统。新的成像协议允许以更高的分辨率评估摄取曲线，得到心内膜和心外膜灌注之间的差异。心内膜表现出更高的静息灌注，但比心内膜更易受缺血的影响。冠状动脉疾病(CAD)不仅降低局部心肌血流量，而且还引起心肌血流动中出现透壁梯度。因此，心肌灌注中透壁梯度的出现是CAD的标识。研究表明，心内膜和心外膜灌注之间的比率与狭窄的严重性相关，参见由Hisashi Masugata等人在Circulation， 2000 ；102 ；页码1427-1433 中的“Assessment of Coronary Stenosis Severity and Transmural Perfusion Gradient by Myocardial Contrast Echocardiography Comparison of Gray-Scale B-Mode with Power Doppler Imaging"。这样，在造影剂从洗入(wash-in)到洗出(wash-out)的进展期间，可以观测到在分析射线处的梯度位于健康参数范围之外的时刻。因为具有至少一个透壁组分 (component)的梯度的发生指示CAD，根据本发明的方法实现了精确的诊断，并且因此是对现有分析方法的改进。应当注意到，分析射线可以由其特征的一个或多个表示。例如，可以仅建立起始点和终止点以便能够使用分析射线。任选地，该系统包括用于在输出数据集，例如输出数据阵列的对应条目(entry)中存储建立的梯度值。在优选实施例中，射线确定装置被配置成针对图像中的每一幅确定第一和第二边界之间的中间边界，分析射线被确定大致垂直于中间边界。认识到，透壁梯度是特别重要的参数。例如，心肌灌注的透壁梯度是CAD的良好指示。通过选择待透壁的分析射线，该系统对这些透壁梯度敏感。因为分析射线垂直于中间边界，分析射线将具有这种透壁组分。因此，该系统具有提高的灵敏度。此外，选择垂直于中间边界的分析射线确保了该系统的结果能够被可信任地再现并且不同患者的结果能够被敏感地进行比较。中间边界是位于第一边界和第二边界之间的曲线。中间边界的全部或部分可以与第一或第二边界一致。在优选实施例中，射线确定装置被布置成用于确定沿图像区域分布的多条分析射线。通过确定在多个位置处，即在多条分析射线处的梯度随时间的进展，能够有效地识别具有灌注不足的位置。具体而言，在分析心肌的图像时，可以识别具有灌注不足的心肌的位置或段。梯度确定装置被布置成用于针对多条分析射线之一和图像之一的每种组合确定梯度值。所建立的梯度可由存储装置存储在输出中，诸如输出阵列，该输出阵列至少是具有第一数据轴和第二数据轴的二维阵列。该数据存储装置优选被布置成用于存储与沿第一数据轴的相同位置的相同图像对应的梯度值，以及用于存储与沿第二数据轴的相同位置的相同分析射线对应的梯度值。注意到一种用于分析表示对象的图像的数据集的系统，该数据集将数据值与位置相关联，其中，该图像具有这样的图像区域，所述图像区域具有与对象相关联的第一边界和第二边界，该系统包括射线建立装置，其用于为该图像建立沿连接图像区域的第一边界和第二边界的图像区域分布的多条分析射线；梯度建立装置，其用于为个体分析射线建立梯度值，所述梯度值表示穿过图像区域并且沿着从第一边界到第二边界的分析射线的数据值的变化率，其还具有独立的发明价值。优选地，所述图像包含在对象的图像序列中。在优选实施例中，梯度建立装置被布置成用于建立表示分析射线与第一边界的交点(intersection)周围的第一区域中的数据值的第一量(quantity)；建立表示射线与第二边界的交点周围的第二区域中的数据值的第二量，并且其中，该梯度是第一和第二量之间的比率的表示。特别重要的是，心外膜已经被血液很好的灌注而心内膜未灌注到相同水平的那些时刻，因为这些时刻指示第一和第二壁之间的狭窄。因此，拥有以这种方式计算梯度的系统是有利的，以指示心内膜和心外膜组织之间的差异。建立第一和第二量可以分别通过第一
和第二量建立装置执行。在优选实施例中，梯度建立装置被布置成用于将沿着从第一边界到第二边界的分析射线的图像区域中的数据值拟合到预先建立的函数类(function class)的曲线，用于基于曲线的斜率建立梯度。为了在定量方面改进系统的结果，可以首先将该值拟合至预先确定的函数类的曲线。优选地，对心肌中血流量建模的参数化函数被用于函数类。这样，改善了所确定的梯度值与向心肌的透壁灌注过程中的实际改变之间的对应性。据推测，计算的值和患者身体中发生的实际情况之间更好的对应性改善了计算的值和参数的临床关联性。在优选实施例中，该系统包含可视化装置，其用于在显示器件(device)上将所建立的梯度值可视化。梯度数据可以用各种方式可视化，优选地使用色彩编码。存在各种备选方案，例如，可以显示等值梯度线。等值梯度线上的点表示具有相等梯度的分析射线。还可以利用三维指示或者三维指示的二维绘制来表示数据。例如，所示的箭头或块(bump)图从表面延伸，所述表面例如是分析的器官的绘制的表面。在优选实施例中，该可视化装置被布置成用于在显示器件的显示区域上进行可视化，所建立的梯度值之一被可视化为显示区域的特定的经色彩编码的子区域。这样，三个参数时间的进展、梯度(分析射线)的位置和梯度的幅度能够在平面表面上一次绘示。以这种方式组合所有这些参数提高了这种绘图的有用性，因为该系统的用户，例如内科医生，能够更好的看见灌注不足的位置和严重性。在优选实施例中，输出包括具有两个数据轴的输出阵列。该输出阵列在显示器件的显示区域上被可视化，所述显示区域在二维中延伸，并且其中，输出阵列的每个具体条目被可视化为显示区域的具体子区域，该子区域被色彩编码以表示存储在具体条目中的梯度值。在优选实施例中，该系统包括比较器装置，其用于识别多条分析射线之一和图像之一的至少一种组合，所述至少一种组合的建立的梯度值偏离于预先建立的期望的梯度值或者梯度值的范围。评估灌注不足，即梯度的位置和严重性是有利的。通过选择多种组合，亦即通过对分析射线的选择，来确定位置。通过选择梯度本身(高梯度指示严重灌注不足)以及通过选择图像(对于相对长的时间，保持穿过许多图像的高梯度指示严重灌注不足)来确定严重性。具体而言，在心脏的许多位置中的高梯度值指示严重的灌注不足。许多位置中的高梯度值的具体形式是穿过心肌的大角度(特别是穿过连续角度)部分的高梯度的出现。因此，确定例如角度的范围是有利的，穿过所述角度的梯度比预先确定的值更高。在优选实施例中，比较器装置建立所识别的至少一种组合的严重性值，所述严重性值表示所识别的至少一种组合的数目(number)和/或与所识别的至少一种组合相对应的梯度值的幅度。如果能够将通过识别异常的梯度值找出灌注不足的严重性优选地综合 (summarize)为单个值将较为有利。如果干预是必需的，这样的严重性值的使用例如能够作为确定过程中的因子。此外，严重性值例如能够作为在确定哪种类型的干预是当前可取的过程中的因子。例如，如果灌注不足被识别为“没那么严重”，则可以不识别操作。然而，如果灌注不足被识别为“严重的”，可以指示操作。在优选实施例中，该系统包括综合装置，其用于建立表示与分析射线对应的梯度的幅度的综合值，所述分析射线位于表示关于对象的大致相同位置的位置上。从某种意义上说，梯度值可以说是综合在特定位置处的透壁方向上的灌注的进展。随时间变化的梯度序列，亦即，针对多幅图像的梯度的序列，可以被进一步综合，例如， 通过取平均值、最大值、梯度序列的加权总和，等等。排除时间因素，开辟了可视化和/或分析梯度数据的新方法。在优选实施例中，综合装置被布置成用于为具有沿第二数据轴的相同位置的输出阵列的每个条目建立特征值，并且将所述特征值放置在综合阵列中，其中，与相同的分析射线对应的梯度值被存储在沿第二数据轴的相同位置的输出阵列中。在优选实施例中，综合值被显示为对象的表示上的覆盖层(overlay)。例如，综合阵列被显示为图像中的特定一幅上的经色彩编码的覆盖层。例如，心肌的截面可以被划分为多个段，根据段的综合值对每个段着色。在优选实施例中，为表示多幅图像的值的二维阵列的多个序列确定多个综合阵列，其中，所述多个综合阵列被显示为三维对象的可视化视图上的经色彩编码的覆盖层，并且其中，多幅图像中的每幅表示该三维对象的切片。例如，该三维对象可以是心肌的表示。在心肌的表面上，其指示哪里存在灌注不足，并且，此外，通过例如色彩编码，也可以指示出不足的严重性。在优选实施例中，图像区域表示心室的壁，第一边界对应于壁的内部界线而第二边界对应于壁的外部界线。优选地，该图像表示壁中的灌注。在优选实施例中，医学图像采集设备包括该系统。在优选实施例中，医学成像工作站包括该系统。本发明的另一方面涉及一种分析表示对象的连续图像的数据集序列的方法，该数据集将数据值与位置相关联，该图像具有这样的图像区域，所述图像区域具有与对象相关联的第一边界和第二边界，该方法包括为个体图像建立连接图像区域的第一边界和第二边界分析射线，该分析射线处在表示关于对象的大致相同的位置的各自位置上，以及为个体分析射线建立梯度值，该梯度值表示穿过图像区域并且沿着从第一边界到第二边界的分析射线的数据值的变化率。本发明的另一方面涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于令处理器系统执行根据本发明的方法的指令。本发明由独立权利要求限定。有利的实施例在从属权利要求中限定。本领域技术人员将意识到，可以将上述实施例、实施方案和/或本发明的各方面中的两个或更多个以任何被认为有用的方式进行组合。与该方法的所描述的修改和变更相对应的图像采集设备、工作站、系统和/或计算机程序产品的修改和变更能够由本领域中技术人员在本说明书的基础上完成。本领域技术人员会理解应当认识到，所述方法可以被应用于多维图像数据，例如， 2维Q-D)图像、三维(3-D)或4维GD)图像，所述图像可通过各种采集模态采集，诸如，但不限于，标准X-线成像、计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)、超声(US)、正电子发射断层摄影(PET)、单光子发射计算机断层扫描(SPECT)，以及核医学(NM)。
本发明的这些方面和其他方面将参考附图加以阐明和描述，在附图中图1是用于根据本发明的系统的体系结构的示意性表示；图加是左心肌室的截面图；图2b是左心肌室的截面的细节；图3a是一维输出阵列的示意性表示；图北是二维输出阵列的示意性表示；图4是二维输出阵列的可视化视图；图5是图示说明根据本发明的方法的流程图。在这些附图中，相似或对应的特征由相同的参考标记指示。参考标记表100图像分析系统110图像采集模块120图像预处理模块130射线确定装置140梯度确定装置
150数据存储装置200 图像210 第一边界212 第一区域215中间边界220 第二边界222 第二区域232第一分析射线234第二分析射线236第三分析射线300 —维输出阵列301-325 阵列条目350 二维输出阵列400梯度图410第一指示线420第二指示线432低梯度区域436中梯度区域434高梯度区域440 一组选择的组合452第一图像轴妨4第二图像轴500分析表示图像的值的二维阵列序列的方法510确定分析射线520确定梯度值530在输出阵列中存储确定的梯度值
具体实施例方式在图1中，示意性图示说明了图像分析系统100的架构。图像分析系统100包括图像采集模块(module) 110、图像预处理模块120、射线确定装置130，梯度确定装置140和数据存储装置150。系统100的各个模块和装置，诸如图像预处理模块120、射线确定装置130、梯度确定装置140，可以包括例如专用硬件、被布置成用于执行合适的软件程序的微处理器，或者其组合。图像采集模块110被布置成用以采集合适的图像序列，使用值的至少二维阵列对所述图像进行编码。所述值可以是浮点型或整数型。所述值可以约束在某一范围。例如，所述值可以是从0到255(包括25 范围内的整数。可以使用各种成像模态获取图像数据， 例如，MRI、PET、SPECT, CT，等等。可以从各种对象采集图像。该系统可用于分析液体渗透和/或灌注所进入的对象，特别是用于诊断这样的液体渗透/灌注。优选地，采集向其灌注体液的活体组织(例如心室壁)的图像。具体而言，本发明非常适于分析进入左心肌室壁的血液的灌注。左心肌室壁足够厚以允许多次测量，以便获得透壁梯度。可以看到，初步增强的心脏MRI非常适于使用根据本发明的系统和/或方法诊断CAD。然而，许多其他图像模态可以加以利用以获得益处。具体而言，功率多普勒(Doppler)超声可以用作心脏MRI的较低成本的备选。在合适的实施例中，使用初步增强的心脏MRI，为患者施予造影剂丸剂形式的造影剂。优选地，使用脉冲丸剂，其中，对于相对短的持续时间施予相对高剂量的造影剂。使用 MRI (磁共振成像)装置采集多幅图像。所述多幅图像组合起来以深入了解随时间推移造影剂灌注感兴趣器官的方式。优选地，当获取多幅图像时使用选通技术。例如，当获取多幅心脏MRI图像时使用心脏选通。在心脏选通过程中，一个或多个电极被放置在胸部以通过心电图测量心动周期。在心电图中的参考事件的固定时间量之后拍摄每幅图像。类似地，呼吸选通测量呼吸周期，并且图像拍摄的时刻与呼吸周期同步。选通具有减少图像中的移动的优点。当使用心脏选通时，从一幅图像到另一幅图像心肌室壁的移动大大减少。该图像显示了相对固定的心肌，在该心肌中造影剂首先洗入并且之后洗出。应当注意到，图像采集模块110不必与图像分析系统100的其他模块集成。例如， 由图像采集模块110获取的图像可以使用计算机网络、数据存储装置、无线连接等转发。通过图像采集模块110获取的多幅图像被转发给图像预处理模块120。图像预处理模块120将预处理所述图像。优选地，例如使用各向异性滤波来对所述图像进行滤波以增强其内容。在几乎每一幅图像上识别第一和第二边界。所述第一和第二边界，例如左心室轮廓，被通过使用合适的已知勾画技术手动地、半自动地或者自动地勾画出。所述第一和第二边界限定，例如包围，感兴趣区域，亦即，其中灌注将被诊断的区域。 例如，该区域是左心肌室的壁或者其部分。优选地，也校正其他的干扰。具体而言，可以校正由患者的呼吸引起的心肌组织的移动。例如，每幅图像可以被平移、拉伸、扭曲、仿射变换等，使得第一和第二边界在每幅经处理的图像中一致。如果有必要，其他已知的预处理方法可以应用于图像，以减少运动伪影并且增强内容。在本文余下的内容中，假定所有的图像都被处理。图2图示说明了第一和第二边界。图2示出了图像200的第一边界210和第二边界220。实际上，图像200可以被可视化为经色彩编码的图像。通常，该色彩编码是灰阶。 在图200中未示出实际的MRI图像。在图200中绘出了左心肌室的截面的内部和外部轮廓线。由第一边界210和第二边界220包围的区域是左心肌室的壁组织的截面。应当注意到， 在图200中，第一边界210和第二边界220两者形成了封闭的曲线。然而这不是必须的；例如，如果使用足够分辨率的图像模态，那么灌注可以在例如血管中被诊断。在图像通过预处理模块120预处理之后，根据穿过心肌，并且任选地，沿心肌的位置处的图像数据采样时间-强度曲线。任选地，可以对这些时间-强度曲线进行滤波。为此，经预处理的图像被转发到例如射线确定装置130，以选择分析射线。在图2中，示出了三条这样的分析射线，并以参考数字232、234和236指示。分析射线穿过第一边界210和第二边界220并且与在其之间包围的区域相交。通过分析利用图像模态测量的值，可以在图像中完成对灌注梯度的定量估计。该梯度表示一个区域与另一区域之间的灌注变化、或增加和/或减少的速率。对心肌灌注中的透壁梯度的量化可以用于精确地诊断以及对缺血性心脏病的分期。优选地，梯度表达为单一值，例如标量。然而，还可以将梯度表达为矢量。 射线确定装置130在所有图像的大致相同位置选择分析射线。例如，第二射线234选自图像200。图像200仅是图像序列中的一幅图像。相应地，射线确定装置130选择与图像序列的每幅图像中第二分析射线234对应的分析射线。分析射线序列中的每个大致对应于相对于第一和第二边界、或者至少相对于其中之一的相同位置。优选地，分析射线序列全部对应于患者体内的大致相同的解剖位置。心肌，并且更具体而言，左心肌室壁的组织，经由冠状动脉为其供应血液。血液经由三条主要的血管到达，并且进一步分布在尺寸不断减小的血管中。心肌的组织在一定程度上可以被建模为海绵，向其中灌注液体，即血液。在健康的心脏中，血液将均勻地分布在组织上；具体而言，在血液分布中不会存在梯度。然而，冠状动脉中的狭窄可以引起心肌的心内膜和心内膜灌注之间的梯度，该梯度至少具有透壁组分。优选地，分析射线被选取为垂直于中间边界215，中间边界215位于第一边界210和第二边界220之间。该中间边界215 可以通过选择恰好处在第一边界210和第二边界220中间的点来确定，例如，从位于由第一边界210，即左室本身包围的内部区域中的中心点可以看出。然而，中间边界215还可以在第一边界210和第二边界220之间中的其他点选择。例如，中间边界215可以选择为位于第一边界210和第二边界220之间的距离的百分比(例如10% )处；此外，中间边界215可以选择为位于距离第一边界210和/或第二边界220的一定数目的像素处，例如在三个图像像素的距离处；等等。在图2中，分析射线被指示为直线段，但这不是必须的。分析射线还可以是在心肌区域上方延伸的边界段，例如，如在AHA 17段模型中。分析射线不必是直的，而可以是例如顺应心肌中血流的更高级的模型。在优选实施例中，在经射线确定装置130处理之后，图像序列中的所有图像的第一边界相一致并且所述图像序列中的所有图像的第二边界相一致。这样，其足以选择图像中的相同相关位置从而获得分析射线相对于第一和第二边界的相同位置。图像序列被转发给梯度确定装置140。梯度确定装置140针对每幅图像以及针对那些图像中的每条分析射线计算梯度。梯度是指示沿分析射线的值之间的差异的值。可以用各种方式计算梯度，并且下文提出了这些方式的一些范例。作为计算梯度的第一范例，可以确定两个量。第一量表示分析射线与第一边界的交点周围的第一区域中的值。在图2中，第一区域212被指示为针对分析射线234的范例， 其是分析射线234的部分。第二量表示分析射线与第二边界的交点周围的第二区域中的值。在图2中，第二区域222被指示为针对分析射线234的范例，其是分析射线234的部分。第一和第二区域，诸如区域212和222还可以用其他方式选取，例如半圆。优选地，第一和第二区域212、222包含在由第一边界210和第二边界220限定的区域中。在优选实施例中，进行进一步的核查以确保区域212和222包含在心肌组织中。例如，可以核实区域212 和222中的值包含在预先确定的期望的范围中，或者核实区域212和222中的值以及射线 234上之间的那些值形成连续体(continuum)，例如，不包含不连续的预先确定的幅度。梯度可以被确定为例如第一量和第二量之间的比率。可以首先应用各种校正，例如，对特别小的第二量的出现进行校正。可以看出，基于像素的数目选择区域212和/或222是有利的，例如，它们可以被选取为三个像素宽，即每个量基于各自区域的三个像素值。作为计算梯度的第二范例，在沿分析射线的区域中的值可以拟合到预先确定的函数类的曲线。例如，该值可以被拟合至线性函数，或者拟合至某一预定级别的多项式，或者拟合至伽马函数，等等。该梯度可以视为拟合的曲线的斜率，或者视为拟合的曲线的参数。 该梯度还可视为表示值的二阶导数、拟合的曲线，等等。该梯度可从第一边界到第二边界确定，或者相反地确定。射线确定装置130还可以确定多条分析射线。优选地，射线确定装置130确定沿第一边界210和第二边界220限定和/或包围的区域分布的多条射线。这样，灌注不足能够被识别为心肌中发生大梯度的部分。例如，射线确定装置130可以沿中间边界215均勻分布分析射线。在图加中，指出了所述多条分析射线中的三条分析射线232、234和236。优选地，分析射线绕中间边界215 —直延伸。应当注意到，在图像分析系统100使用单条分析射线的情况下，图像分析系统100 将确定多个梯度，即一个梯度针对多幅图像中的每幅图像。射线确定装置130被连接到数据存储装置150，从而暂时和/或永久地存储所确定的梯度。在使用单条分析射线的情况下，输出阵列可以是一维输出阵列，所述一维阵列按照与图像序列相同的方式进行索引。通常，一维输出阵列的每个条目将对应于在开始记录测量结果之后，即通常在丸剂通过开始之后的时间点。数据存储装置可以是任何合适的存储装置，例如RAM存储器、闪速存储器、 硬盘、光盘、网络存储器件等等。在图像分析系统100使用多条分析射线的情况下，射线确定装置130将为图像序列中的图像与多条分析射线中的分析射线的每种组合确定梯度。在后一种情况下，根据存储信息的优选方式，使用二维阵列。图3a和图北分别给出了一维阵列和二维阵列的范例。图3a可以通过使用单条分析射线分析多幅图像获得。例如，阵列条目301可以使用例如分析射线232在例如图像 200的第一图像中获得。下一条目，即阵列条目302在图像序列的下一图像(未示出)中获得，但是处在与图200中的分析射线232相同的相对位置处的分析射线处。如果使用选通采集，在为阵列条目301和阵列条目302拍摄图像之间将耗费一些时间。耗费的时间大约等于一个心脏周期的时间，大约为1秒。类似地，下一阵列条目303、304和305每个均在下一图像中取得，但是在相对相同的分析射线处。在图像3a和北两者中，阵列条目中的每个给出了针对即在特定时间和特定位置 (即分析射线)处的特定图像的梯度值。通过分析三条射线获得二维输出阵列350。条目 301到305对应于一条分析射线，对其进行分析以得到其在多幅图像中的梯度。条目311到 315对应于另一分析射线，对其进行分析以得到其在相同的多幅图像中的梯度。条目321 到325对应于又一分析射线，同样对其进行分析以得到其在相同的多幅图像中的梯度。二维输出阵列350具有第一数据轴；与相同的图像对应的梯度值被存储在沿第一数据轴的相同位置的二维输出阵列350中。二维输出阵列350的列中的所有条目对应于在相同图像中确定的梯度，即使所述图像在不同的位置，即分析射线处。二维输出阵列350具有第二数据轴；与相同的分析射线对应的梯度值被存储在沿第二数据轴的相同位置的二维输出阵列 350中。二维输出阵列350的行中的所有条目对应于针对相同分析射线确定的梯度，即使所述分析射线在不同的图像中。以下操作是方便地，即根据图像拍摄的时间对图像排序，例如，最早的图像对应于第一列，并且根据分析射线在图像中发生的顺序对分析射线排序，例如，根据表示分析射线的起点的极坐标中的角度。然而，梯度可以在输出阵列中以任意的顺序记录。输出阵列可以在显示器件，例如在计算机监视器上显示。例如，可以绘制一维阵列，例如图表、柱状图、散点图等等。还可以绘制二维阵列，例如多个图表等，表面图表等。这允许对心肌的心内膜和心外膜层中的灌注之间的快速视觉比较。图4示出了所谓的梯度图400，梯度图400是绘制二维输出阵列的特别有利的方式。梯度图400被显示在显示器件的显示区域上，例如计算机监视器的一部分，诸如窗口， 打印输出的部分等等。显示区域至少在二维上延伸，以表示输出阵列的两个维度。优选地， 显示区域的两个维度中的每个逐一对应于输出阵列的两个轴。然而，它们之间还可以有转换，例如镜像、扭曲或以其他方式在绘制输出阵列之前对其进行转换。输出阵列中的每个值，或者至少所述值的一部分，在显示区域中的相应位置处描绘。例如，显示区域中的每个像素对应于输出阵列中的值。多个像素可以表示相同的值；多个值也可以在一个像素中表示。像素是显示区域的子区域。子区域是显示的连接部分，用于绘制一个或多个值。在图4中，指示了第一图像轴452和第二图像轴454。在沿第一图像轴452的相同位置处的像素对应于相同的时间点，即，对应于相同的图像。在沿第二图像轴4M的相同位置处的像素对应于图像中相同的位置，即，对应于相同的分析射线。子区域，例如像素，可以表示色彩编码中的梯度。可以使用各种色彩编码，例如，灰阶、色阶、剖面线等等。梯度的变化可以对应于以下任何一种变化色调、饱和度、亮度、值、 着色度、色度、纹理，等等。梯度图400可以被后处理以改善其内容，例如，通过增强其对比度、通过模糊、通过锐化等等。在图4中，使用灰阶，其中，白色对应低于梯度而黑色对应于高梯度。例如，图4示出了低梯度面积432、中梯度面积436和高梯度面积434。为了加强对梯度图的解释说明，例如，可以通过垂直于第一图像轴452的线在梯度图中指示特征时刻。例如，可以给出与丸剂通过相关的特征时刻的指示，例如开始时间、 峰值时间，等等。在图4中，第一指示线410指示了这样的特征时刻。第一指示线410还可以指示当前动态，即，与梯度图中的列相关的源图像。当前动态可以同时在显示器件上显
7J\ ο此外，例如可以通过垂直于第二图像轴454的线在梯度图中指示特征位置，例如， 根据某一分割系统的段边界，诸如AHA 17段模型。在图4中，绘制第二指示线420以指示这样的特征位置。第二指示420还可以表示在雷达/极坐标图中指示的当前角度，或者当前源图像。指示出了特定角度位置的梯度-时间信号。可以提供分割工具以实现对灌注不足的分割。根据分割的梯度图，计算灌注不足的特征值。此外，冠状动脉的位置可以通过梯度图中的线指示。右心室拐点可以通过梯度图中的线指示。梯度图中的光标可以链接到图像视图，用于查看图像。这允许视觉指示哪里以及何时发生了透壁灌注梯度。优选地，快速连续地显示多幅图像，如电影，其中，使用光标或色彩指示灌注不足的位置、范围和/或严重性。梯度图400中具有高梯度的区域指示这样的心肌的部分，在所述心肌的部分中血液灌注困难，因此这些指示狭窄和/或局部缺血或者患局部缺血的风险增加。
优选地，图像分析系统100包括比较器装置(未示出)，其用于选择多条分析射线之一和图像之一的多种组合，所述图像的确定的梯度值偏离于预先确定的期望的梯度值。 图4示出了一组选择的组合440。所述选择可以是完全自动的、具有手动辅助的自动的、或者完全手动的。图4示出了根据心脏病专家对椭圆的手动选择，该椭圆具有临床意义。然而，还可以自动选择该组组合。例如，可以通过选择高于预定梯度值的所有梯度选取面积。 可以舍弃有限范围的小的连接面积。可以计算组440的各种参数，所述参数指示灌注不足的严重性。例如，可以计算面积的范围，即组440中沿第二图像轴454的最大连接线。该参数指示沿心肌的灌注不足的范围。灌注不足的严重性未必仅取决于心肌血流量的局部减少，其也取决于灌注不足的范围。此外，可以确定组440的‘面积’，亦即，梯度图400的表面积。其可以计算为组440上的表面积分。这一参数给出了沿心肌的灌注不足的范围及其持续周期的指示。此外，可以计算面积，但利用应用于值的加权。此外，可以将组440中梯度的总和除以范围。根据诸如组440的一组值可以计算各种其他参数。通过量化从图像获得的透壁灌注梯度，计算这样的参数允许定量评估心肌灌注不足。半定量分析和真定量分析两者都可以用于量化局部心肌血流量。可以从处于静息状态和/或处在心脏压力状态下的患者采集图像，根据所述图像确定梯度图。一些灌注不足仅在压力条件下揭示其自己。这样的不足可以示出在从图像获得的梯度图的任何部分中没有梯度，所述图像表示处在静息状态下的心肌。在进一步的细化中，梯度图400包含综合装置，其用于针对输出阵列的每个条目确定特征值，该输出阵列具有沿第二数据轴的相同位置。也就是说，对应于不同图像中的心肌中的相同位置的梯度值被综合为特征值。该特征值可以是标量浮点值等，但也可以是，例如矢量。所述特征值可以以各种方式显示，例如，以图表显示。优选地，所述特征值被显示为图像中的特定一幅(例如，第一幅，或者所选取的一幅)上的彩色编码的覆盖层。该特征值被覆盖在综合的梯度对应的位置。多幅图像通常对应于心肌的一个部分或切片。可以根据本发明分析心肌的多个部分。对于每个部分，可以确定一组特征值。即针对每个段确定值，所述值综合梯度偏离于特定分析射线的标准的严重性。可以例如使用牛眼绘图在单幅图中显示针对多个部分的综合值。此外，对于图像切片，可以例如彼此相邻地显示多个梯度图，或者如电影一样显示。综合值可以例如根据AHA 17被每个部分的进一步进行综合。优选地，综合值被显示为心肌的三维模型上的覆盖层。此外，可以例如使用透视图而使用三维模型的二维表示。特征值也可以通过使用各种其他图表技术来显示。具体而言，雷达或极坐标图是使用的有利图表。除了在3D模型上显示特征数据，该数据也可以在每张切片的极坐标图中显示。或许，还值得一提的是，对于所提到的所有备选方案，水平指示器420能够被位置交互地链接。根据本发明的系统，例如图像分析系统100，可以与诸如MRI等的医学图像采集设备集成。根据本发明的系统，例如图像分析系统100，也可以与医学成像工作站集成。图5图示说明了分析表示图像的值的二维阵列序列的方法。对于所述图像中的每幅，第一边界和第二边界例如在预处理步骤中被指示为限定区域。该方法包括为图像中的每幅具体图像确定510穿过具体图像的第一边界和第二边界的至少一条分析射线，该分析射线位于相对于基本上所述图像中的每一幅中的第一边界和第二边界的大致相同的位置上。该方法还包括为图像中的每一幅确定520梯度值，该梯度值表示区域中并且沿着从第一边界到第二边界的分析射线的值的变化率。该方法还包括存储530所确定的梯度值中的每一个，所确定的梯度值在输出阵列的相应条目中。本发明能够用于可视化心肌血流中的透壁梯度。此外，它可以提供量化，该量化基于梯度图中指示的分割将灌注不足的严重性综合为一个或多个数值。因此提供了对心肌灌注的快速且简单的定量分析。该方法可以使用软件来执行，所述软件包括用于令处理器系统执行方法500的指令。该软件可以被存储在合适的存储介质中，诸如硬盘、软盘、存储器等。该软件可以作为信号沿有线或无线、或者使用例如因特网的数据网络发送。应当认识到，本发明还扩展到适于将本发明付诸实践的计算机程序，尤其是载体上或载体中的计算机程序。该程序可以是源代码、目标代码的形式；源代码和目标代码之间的代码，例如部分编译的形式；或适用于实施根据本发明的方法的任何其他形式。还应当认识到，这样的程序可以具有许多不同的架构设计。例如，可以将实施根据本发明的方法或系统的功能的程序代码细分成一个或多个子程序。对于技术人员而言，在这些子程序之间分配功能的许多不同方式是显而易见的。可以在一个可执行文件中将子程序存储在一起以形成自包含的程序。这样的可执行文件可以包括计算机可执行指令，例如处理器指令和/或解释程序指令(例如，Java解释程序指令)。或者，可以将子程序中的一个或多个或者全部存储在至少一个外部库文件中并例如在运行时与主程序静态地或动态地链接。主程序包含对子程序中的至少一个的至少一个调用。而且，子程序可以包括对彼此的函数调用。涉及计算机程序产品的实施例包括与所述方法中的至少一种的每个处理步骤对应的计算机可执行指令。这些指令可以被细分成子例程和/或存储在可以静态或动态链接的一个或多个文件中。涉及计算机程序产品的另一实施例包括与所阐述系统和/或产品中的至少一种的每个模块对应的计算机可执行指令。这些指令可以被细分成子例程和/或存储在可以静态或动态链接的一个或多个文件中。计算机程序的载体可以是能够执行程序的任何实体或装置。例如，载体可以包括诸如ROM的存储介质或磁记录介质，ROM例如是CD ROM或半导体ROM，磁记录介质例如是软盘或硬盘。此外，载体可以是可发射载体，例如电信号或光信号，其可以通过电缆或光缆或通过射频或其他手段传送。当在这样的信号中实现程序时，载体可以由这样的电缆或其他装置或模块构成。或者，载体可以是其中嵌入程序的集成电路，集成电路适于执行相关方法或在执行相关方法中使用。应当注意，上述实施例旨在对本发明进行举例说明，而不是对其做出限制，并且本领域技术人员能够在不背离权利要求的范围的情况下设计出许多备选实施例。在权利要求中，不应当将任何放置在括号内的附图标记推断为限制所述权利要求。动词“包括”及其词性变化的使用不排除权利要求陈述的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。元件前的单数冠词不排除存在复数个这样的元件。可以利用包括几个分立元件的硬件，也可以利用适当编程的计算机实现本发明。在枚举了几个机构的装置权利要求中，可以通过同一件硬件体现这些机构中的几个。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。
权利要求
1.一种用于分析表示对象的连续图像的数据集序列的系统(100)，数据集将数据值与位置相关联，所述图像具有这样的图像区域，所述图像区域具有与所述对象相关联的第一边界(210)和第二边界020)，所述系统包括射线建立装置(130)，其用于为个体图像建立连接所述图像区域的所述第一边界和所述第二边界的分析射线032 ；234 ；236)，所述分析射线处在表示关于所述对象的大致相同位置的各自位置中；梯度建立装置(140)，其用于为个体分析射线建立梯度值，所述梯度值表示沿着从所述第一边界到所述第二边界的所述分析射线的所述数据值的变化率。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述射线建立装置(130)被布置成用于为个体图像建立沿着所述图像区域分布的多条分析射线032 ；234 ；236)。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述梯度建立装置被布置成用于建立表示所述分析射线与所述第一边界的交点周围的第一区域012)中的所述数据值的第一量，建立表示所述分析射线与所述第二边界的交点周围的第二区域034)中的所述数据值的第二量， 并且其中，所述梯度表示所述第一量和所述第二量之间的比率。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述梯度建立装置被布置成用于将沿着从所述第一边界到所述第二边界的所述分析射线的所述图像区域中的所述数据值拟合到预先建立的函数类的曲线，以基于所述曲线的斜率建立梯度。
5.根据权利要求1所述的系统，其包括可视化装置，所述可视化装置用于在显示器件上使建立的梯度值可视化。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述可视化装置被布置成用于在所述显示器件的显示区域(400)上进行可视化，所述建立的梯度值之一被可视化为所述显示区域的特定的经色彩编码的子区域。
7.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统包括比较器装置，其用于识别所述多条分析射线之一和所述图像之一的至少一种组合G40)，所述至少一种组合的所述建立的梯度值偏离于预先建立的期望的梯度值或梯度值的范围。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述比较器装置建立所识别的至少一种组合的严重性值，所述严重性值表示所识别的至少一种组合的数目和/或与所识别的至少一种组合对应的所述梯度值的幅度。
9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述系统包括综合装置，其用于建立综合值，所述综合值用于表示与处在表示关于所述对象的大致相同位置的位置上的分析射线对应的所述梯度的所述幅度。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述综合值被显示为所述对象的表示上的覆盖层。
11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述图像区域表示心室的壁，所述第一边界与所述壁的内部界线对应而所述第二边界与所述壁的外部界线对应。
12.—种医学图像采集设备，其包括根据权利要求1所述的系统。
13.—种医学成像工作站，其包括根据权利要求1所述的系统。
14.一种分析表示对象的连续图像的数据集序列的方法，数据集将数据值与位置相关联，所述图像具有这样的图像区域，所述图像区域具有与所述对象相关联的第一边界(210)和第二边界020)，所述方法包括为个体图像建立连接所述图像区域的所述第一边界和所述第二边界的分析射线032 ； 234 ;236)，所述分析射线处在表示关于所述对象的大致相同位置的各自位置上，为个体分析射线建立梯度值，所述梯度值表示穿过所述图像区域并且沿着从所述第一边界到所述第二边界的所述分析射线的所述数据值的变化率。
15. 一种计算机程序产品，其包括指令，所述指令用于令处理器系统执行根据权利要求 14所述的方法。
全文摘要
一种用于分析表示对象的连续图像的数据集序列的系统(100)，数据集将数据值与位置相关联，所述图像具有这样的图像区域，所述图像区域具有与所述对象相关联的第一边界(210)和第二边界(220)，所述系统包括射线建立装置(130)，其用于为个体图像建立连接所述图像区域的所述第一边界和所述第二边界的分析射线(232；234；236)，所述分析射线处于表示关于所述对象的大致相同位置的各自位置中，梯度建立装置(140)，其用于为个体分析射线建立梯度值，所述梯度值表示沿着从所述第一边界到所述第二边界的所述分析射线的所述数据值的变化率。所述系统非常适合于通过对透壁梯度的确定而定位所述心肌中的灌注不足。
文档编号G06T7/00GK102301394SQ201080005833
公开日2011年12月28日 申请日期2010年1月28日 优先权日2009年1月29日
发明者A·基里比里, E·C·C·纳格尔, G·L·T·F·豪特瓦斯特, S·普莱因 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司